TUGAS SARJANA KONVERSI ENERGI ANALISA KINERJA ALIRAN ...

i

TUGAS SARJANA

KONVERSI ENERGI

ANALISA KINERJA ALIRAN FLUIDA PADA POMPA

SENTRIFUGAL DENGAN VARIASI DIAMETER IMPELLER

DiajukanSebagaiSyaratUntukMemperolehGelarSarjanaTeknik( S.T )

Program StudiTeknikMesinFakultasTeknik UniversitasMuhammadiyah Sumatera Utara

Disusunoleh :

NAMA : IWAN RIZKA RIYANTO

NPM : 1307230226

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SUMATERA UTARA

MEDAN

2018

i

ABSTRAK

Analisa kinerja aliran fluida pada pompa sentrifugal dilakukan secara

eksperimental dengan melakukan serangkaian pengujian variasi diameter impeller

pompa yang meliputi debit air, head, dan daya pompa. Penelitian ini

menggunakan tiga variasi impeller pompa yang berdiameter 110 mm, 115mm,

dan 120mm. Untuk mengukur tekanan pipa pada sisi suction dan discharge

digunakan manometer U air raksa, untuk mengukur debit aliran digunakan

flowmeter sensor sedangkan untuk mendesain impeller menggunakan proses

pengecoran dengan bahan alumunium. Hasil penelitian menunjukan jika semakin

besar diameter impeller maka debit, head dan efisiensi semakin meningkat. Hal ini

disebabkan karna tidak terdapatnya sela-sela di antara diameter impeller dengan

dinding luar casing volute sehingga fluida dapat mengakses ke seluruh bagian

casing volute dan terkirim ke discharge pompa akan semakin meningkat dan

penghantaran aliran menjadi lebih maksimum. Dari hasil pengamatan yang telah

dilakukan setelah melakukan pengujian diketahui bahwa dari variasi diameter

impeller tesebut yang paling bagus (efektif) adalah impeller yang ber diameter 120

mm.

Kata Kunci: Pompa sentrifugal, Impeller,Aliran fluida

ii

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Puji dan syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT

yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan baik. Tugas Sarjana ini merupakan tugas

akhir bagi mahasiswa Fakultas Teknik Program Studi Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Sumatera Utara dalam menyelesaikan studinya, untuk memenuhi

syarat tersebut penulis dengan bimbingan dari para Dosen Pembimbing

merencanakan sebuah “Analisa Kinerja Aliran Fluida Pada Pompa Sentrifugal

Dengan Variasi Diameter Impeller”.

Shalawat serta salam penulis sampaikan kepada Nabi Muhammad SAW

yang telah membawa umat muslim dari alam kegelapan menuju alam yang terang

menderang. Semoga kita mendapat syafa’atnya di yaumil akhir kelak amin

yarabbal alamin.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan

dan masih banyak kekurangan baik dalam kemampuan pengetahuan dan

penggunaan bahasa. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang

membangun dari pembaca.

Dalam penulisan Tugas Sarjana ini, penulis banyak mendapat bimbingan,

masukan, pengarahan dari Dosen Pembimbing serta bantuan moril maupun

material dari berbagai pihak sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan

tugas sarjana ini.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Pairan dan Ibunda Sumarni yang telah

banyak memberikan kasih sayang, nasehatnya, doanya, serta pengorbanan

yang tidak dapat ternilai dengan apapun itu kepada penulis selaku anak

yang di cintai dalam melakukan penulisan Tugas Sarjana ini.

2. Bapak Munawar Alfansury Siregar, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing I

Tugas Sarjana ini dan selaku wakil Dekan I Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Sumatera Utara.

3. Bapak H. Muharnif M, S.T., M.Sc selaku Dosen Pembimbing II Tugas

Sarjana ini.

4. Bapak Khairul Umurani, S.T., M.T., selaku Dosen Pembanding I Tugas

Sarjana ini dan selaku Wakil Dekan III Fakultas Teknik Universitas


5. Bapak Chandra A. Siregar, S.T., M.T selaku Dosen Pembanding II Tugas

Sarjana ini.

iii

6. Bapak Affandi, S.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas


7. Seluruh Dosen dan Staff Pengajar di Program Studi Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara yang telah banyak

memberikan masukan dan dorongan dalam menyelesaikan Tugas Sarjana

ini.

8. Seluruh rekan-rekan seperjuangan mahasiswa Program Studi Teknik

Mesin khususnya kelas A2 Siang dan B2 Siang yang telah banyak

membantu dan memberikan semangat kepada penulis dengan memberikan

masukan-masukan yang bermanfaat selama proses perkuliahan maupun

dalam penulisan Tugas Sarjana ini.

9. Seluruh rekan-rekan seperjuangan khususnya Yasri gayo, sanjela Anak

teves, Ardiansyah, Mahdan Pasmiko Ara, Wen Melapuk, Mukhlis, Riski.

Yang tak pernah berhenti memberikan Suport.

10. Dan Khlara Octafrilidya yang selalu mendukung dan memberikan

motivasi selama proses perkuliahan maupun dalam penulisan tugas

sarjana.

Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari kata sempurna

dan tidak luput dari kekurangan, karena itu dengan senang hati dan penuh lapang

dada penulis menerima segala bentuk kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya

membangun demi kesempurnaan penulisan Tugas Sarjana ini.

Akhir kata penulis mengharapkan semoga Tugas Sarjana ini dapat

bermanfaat bagi kita semua dan semoga Allah SWT selalu merendahkan hati atas

segala pengetahuan yang kita miliki. Amin ya rabbal alamin.

Wasssalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Medan, 1 Januari 2018

Penulis

IWAN RIZKA RIYANTO

1307230226

iv

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN I

LEMBAR PENGESAHAN II

LEMBAR SPESIFIKASI TUGAS SARJANA

LEMBAR ASISTENSI TUGAS SARJANA

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS SARJANA

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR ii

DAFTAR ISI iv

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR SIMBOL x

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 2

1.3. Batasan Masalah 2

1.4. Tujuan Penelitian 3

1.4.1. Tujuan Umum 3

1.4.2. Tujuan Khusus 3

1.5. Manfaat Penelitian 3

1.6. sistematika Penulisan 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1.Pompa Sentrifugal 5

2.2.impeller 6

2.2.1. Jenis-jenis impeler 7

2.2.2. Arah Aliran Keluar Impeller 8

2.3.Pengertian fluida 9

2.3.1. Aliran Fluida Dalam Pipa 9

2.4. Head 10

2.5. Kinerja Aliran Fluida 11

2.5.1. Debit Air 12

2.5.2.Kecepatan Aliran 12

2.5.3. Tekanan Hidrostatis 12

2.6. Segitiga Kecepatan 13

2.7. Putaran Spesifik 15

2.8.Perhitungan Head 16

2.8.1. Head Total Pompa 16

2.8.2. Head Statis Total 17

2.8.3. Head Kerugian Gesek Untuk Zat Cair Di Dalam Pipa 17

2.8.4. Kerugian head pada sambungan elbow 90º pada pipa 19

2.8.5. Kerugian head pada katub isap dengan saringan 19

2.9. Daya hidrolis 19

2.10. Efisiensi Pompa 20

v

2.11. Daya Pompa Sentrifugal 20

2.12. NPSH 20

2.13. Pelukisan Sudu Impeller 21

BAB 3 METODE PENELITIAN 23

3.1. Diagram Alir Penelitian 23

3.2. Tempat dan Waktu Penelitian 24

3.3.1. Spesifikasi Pompa 25

3.3.2. Spesifikasi Impeller 25

3.3. Alat dan Bahan 26

3.4. Desain Alat 33

3.5. Skema rangkaian flowmeter sensor dengan arduino uno 34

3.6. Pengujian dan teknik pengambilan data 35

BAB 4 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 37

4.1. Data Hasil Pengujian 37

4.1.1. Perhitungan pada diameter impeller 110 mm 37

4.1.1.1. Melukis bentuk sudu impeller dengan diameter

110 mm 38

4.1.1.2. Debit air Q 39

4.1.1.3. Kecepatan aliran pada pipa isap 41

4.1.1.4. Kecepatan aliran pada pipa tekan 41

4.1.1.5. Tekanan hidrostatis pada pipa isap 41

4.1.1.6. Tekanan hidrostatis pada pipa tekan 42

4.1.1.7. Nilai kekasaran relatif 42

4.1.1.8. Perhitungan Head 43

4.1.1.9. Daya Hidrolis 51

4.1.1.10. Efisiensi pompa 51

4.1.1.11. Daya Pompa Sentrifugal 51

4.1.1.12. Diameter impeller 52

4.1.1.13. Net Positive Suction Head (NPSH yang

tersedia) 52

4.1.1.14. Segitiga kecepatan 52



110 mm 53

4.1.2.2. Debit air Q 55







vi






tersedia) 68




110 mm 69

4.1.3.2. Debit air Q 71












tersedia) 83


4.2. Pembahasan 84

4.2.1. Gambar Segitiga Kecepatan Pada Impeller 84

4.2.2. Grafik hasil uji eksperimen 88.

BAB 5 KESIMPULAN 92

5.1. Kesimpulan

92

5.2. Saran

93

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

LAMPIRAN

vii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Pompa sentrifugal 6

Gambar 2.2. Jenis impeler 8

Gambar 2.3. Metode-metode pengukuran berbagai bentuk head 11

Gambar 2.4. Penampang Melalui Sudu-Sudu Roda Jalan Suatu Pompa 14

Gambar 2.5. Pemilihan dari bentuk impeller 15

Gambar 2.6. Head pompa 16

Gambar 2.7. Pelukisan sudu impeller 22

Gambar 3.1. Diagram Alir 24

Gambar 3.2. Pompa sentrifugal merek san-ei SE -401A 25

Gambar 3.3. Spesfikasi Impeller 25

Gambar 3.4. Pompa Sentrifugal 26

Gambar 3.5. Pipa 27

Gambar 3.6. Elbow 27

Gambar 3.7. Flow Meter Sensor 28

Gambar 3.8. Manometer U 28

Gambar 3.9. Impeller 29

Gambar 3.10. Stopwatch 29

Gambar 3.11. Arduino Uno 30

Gambar 3.12. Softwere Arduino 30

Gambar 3.13. Leptop 31

Gambar 3.14. Gelas Ukur 31

Gambar 3.15. Kunci-Kunci untuk membuka impeller dan rumah impeller 32

Gambar 3.16. Meteran 32

Gambar 3.17. Desain alat 33

Gambar 3.18. Skema rangkaian Flow meter sensor 34

Gambar 4.1. Pelukisan sudu pada diameter impeller 110 mm 39

Gambar 4.2. Data hasil pengujian pada sisi isap 40

Gambar 4.3. Data hasil pengujian pada sisi tekan 40

Gambar 4.4. Head Pompa 43

Gambar 4.5. Diagram moody menentukan faktor gesek pada pipa isap 45

Gambar 4.6. Diagram moody menentukan faktor gesek pada pipa tekan 48













viii

Gambar 4.19. Segitiga Kecepatan pada diameter Impeller 110 mm 85



Gambar 4.22. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap debit aliran 88

Gambar 4.23. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap head 89

Gambar 4.24. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap efisiensi 90

Gambar 4.25. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap daya pompa sentrifugal 91

ix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Contoh perhitungan harga ρ untuk pelukisan sudu impeller 21

Tabel 3.1. Waktu Penelitian 24

Tabel 4.1. Data hasil pengujian 37

Tabel 4.2. Perhitungan melukis sudu impeller 110 mm 38



x

DAFTAR SIMBOL

Keterangan Simbol Satuan

Bilangan Reynold Re

Berbagai kerugian head dipipa, katub, belokan dll hl m

Diameter Poros D mm

Diameter Sisi Isap Impeller mm

Diameter Sisi Luar Impeller mm

Diameter Pipa d inchi

Debit aliran Q

Debit aliran sisi isap

Debit aliran sisi tekan

Daya Hidrolis kW

Daya Yang dibutuhkan pompa kW

Daya Motor kW

Efisiensi pompa %

Faktor gesekan Faktor akibat adanya katub isap dengan saringan k

Head statis pada sisi tekan Z m

Head statis pada sisi isap Z m

Head gerugian gesek dalam pipa hf m

Head total H m

Head statis total m

Jari-jari busur bentuk sudu impeller

Jari-jari lingkaran konsentrasi awal

Jari-jari lingkaran konsentrasi berikutnya

Jumlah Sambungan

Jumlah Sudu z

Kerugian keseluruhan pada pipa Tekan m

Kerugian keseluruhan pada pipa isap m

Kerugian head pada sambungan

Kerugian head pada katub isap dengan saringan

Ketinggian Fluida manometer U h m

Ketinggian fluida manometer U sisi isap m

Ketinggian fluida manometer U sisi isap m

Kecepatan aliran V m/s

Kecepatan Aliran Pada Sisi Tekan m/s

Kecepatan Aliran Pada Sisi Isap m/s

Kecepatan mutlak aliran fluida masuk sudu impeller m/det

Kecepatan mutlak aliran fluida keluar sudu impeller m/det

Kecepatan relative aliran fluida pada sisi masuk impeller

Kecepatan relative aliran fluida pada sisi keluar impeller

Luas Penampang A

Massa jenis fluida kg/

Massa jenis air raksa kg/

xi

Nilai kekasaran pada pipa (PVC)

NPSH m

Panjang L mm

Putaran n rpm

Putaran Spesifik rpm

Percepatan gravitasi g m/s2

Perbedaan Head Tekanan m

Sudut Masuk Impeller º

Sudut Keluar Impeller º

Sudut kemiringan sudu pada º

Sudut kemiringan sudu pada º

Segitiga Kecepatan

Tebal Sudu s mm

Tinggi T mm

Tekanan hidrostatis P N/m2

Tekanan hidrostatis pada pipa isap N/m2

Tekanan hidrostatis pada pipa tekan N/m2

Volume

Viskositas kinetic zat cair

Waktu t s

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kebutuhan akan penggunaan pompa sentrifugal dalam kehidupan sehari-

hari semakin meningkat, mulai dari kebutuhan rumah tangga sampai

penggunaan untuk dunia industri. Pompa Sentrifugal berguna untuk

memindahkan fluida dari satu wadah ke wadah yang lain. Pompa sentrifugal

merupakan salah satu mesin yang menambahkan energi pada fluida melalui

impeller yang berotasi. Energi yang di pindahkan oleh impeller tersebut

menghasilkan kecepatan pada fluida yang mengalir melalui pipa.

Prinsip kerja dari Pompa Sentrifugal ini adalah mengubah energi mekanis

dari Poros menjadi energi fluida yaitu dengan cara pompa di gerakan oleh motor,

daya dari motor di berikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang

dipasangkan pada poros tersebut. Fluida yang ada dalam impeller akan ikut

berputar karna dukungan Sudu-sudu karna timbulnya gaya sentrifugal, maka

fluida mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu dan

meninggalkan impeller dengan kecepatan yang tinggi. Di mana fluida yang di

maksud adalah Air, Uap, dan Gas.

Pada pompa terdapat Sudu-sudu impeller yang berfungsi mengangkat zat

cair dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Impeller merupakan

cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah

terpasang, sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis impeller nya. Maka

penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan impeller dalam

kondisi yang baik.

2

Impeller memegang peranan penting dalam menentukan head dan

kapasitas pompa. Bentuk impeller mempunyai pengaruh yang besar terhadap

kinerja pompa, salah satunya bentuk diameter. Pengaruh diameter impeller dapat

menyebabkan sudut β2 juga akan berubah dan akan mempengaruhi head teoritis

pompa yang dihasilkan.

Jadi untuk mengetahui diameter yang lebih bagus (efektif). Maka akan

dilakukan pengujian eksperimental pengaruh variasi diameter impeller. Dalam

pengujian nanti nya akan dilakukan dengan percobaan dari masing-masing

diameter impeller. Dengan adanya pengujian tersebut, maka bisa di analisa

pengaruh diameter impeller terhadap debit air, head, daya pompa, maupun

efisiensi yang dihasilkan dari masing-masing diameter impeller.

1.2.Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka di dapat rumusan masalah yaitu:

Bagaimana pengaruh diameter impeller terhadap unjuk kerja pompa?

1.3. Batasan Masalah

Dalam penelitian tugas sarjana ini batasan masalah meliputi sebagai

berikut:

1. penelitian ini memfokuskan permasalahan hanya pada diameter impeller,

dengan diameter yang berbeda yaitu 110 mm, 115 mm, dan 120 mm.

2. Tidak membahas proses manufaktur dalam pembuatan sudu impeller.

3

1.4. Tujuan Penelitian

1.4.1. Tujuan Umum

Tujuan Umum Penelitian ini yaitu Untuk mengetahui kinerja aliran fluida

pada pompa sentrifugal dengan variasi diameter impeller.

1.4.2. Tujuan Khusus

Tujuan Khusus penelitian ini yaitu:

1. Untuk menghitung pengaruh variasi diameter impeller terhadap debit air.

2. Untuk menghitung pengaruh variasi diameter impeller terhadap daya.

3. Untuk menghitung pengaruh variasi diameter impeller terhadap head.

4. Untuk menghitung pengaruh variasi diameter impeller terhadap efisiensi

pompa.

5. Untuk mengetahui diameter impeller yang lebih bagus (efektif) untuk

pompa.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat dari dilakukannya penelitian ini yaitu :

1. Untuk memberikan rekomendasi terkait efektifitas dan efisiensi aliran

fluida pada pompa sentrifugal dengan diameter impeller yang sesuai.

2. Dapat mengetahui dan mengimplementasikan cara kerja pompa sentrifugal

menggunakan diameter impeller yang berbeda yaitu 110 mm, 115 mm

120 mm.

4

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini yaitu sebagai berikut:

BAB 1 PENDAHULUAN

Bab ini beriikan tentang latar belakang masalah, manfaat dan tujuan

penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka tentang pompa baik

pengertian, dan klasifikasi pompa. Berdasarkan dari teori-teori inilah penulis

akan melakukan pengujian impeller yang telah di bentuk.

BAB 3 METODE PENELITIAN

Bab ini berisikan tentang bagaimana penulis untuk mencapai tujuan dalam

penelitian ini. Bagian ini berisikan tentang mulai dari langkah-langkah skema

penelitian, penyiapan bahan bahan yang diperlukan dan prosedur penelitian.

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi mengenai pengolahan data pengujian dan data yang diproleh

dari hasil penelitian dan juga grafik hasil dari perhitungan data.

BAB 5 KESIMPULAN

Bab ini berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan analisa yang telah

dilakukan serta saran-saran yang diajukan oleh penulis.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal adalah mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan

fluida cair dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara memberikan energi

mekanik pada pompa yang kemudian diubah menjadi energi gerak fluida. Pompa

sentrifugal mempunyai sebuah impeller (baling-baling) untuk mengangkat

Fluida dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar

diberikan pada poros pompa untuk memutarkan impeller. Maka zat cair yang ada

di dalam impeller dapat berputar oleh dorongan sudu – sudu. Karena timbul gaya

sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah impeller ke luar melalui saluran

di antara sudu–sudu. Disini head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian

juga head kecepatannya menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan.

Pompa ini mempunyai konstruksi sdemikian rupa hingga aliran zat cair

yang keluar dari impeller akan melalui sebuah bidang tegak lurus poros pompa.

Hali ini secara diagramatik di perlihatkan dalam gambar 2.1. namun konstruksi

yang sebenarnya dari pompa-pompa yang banyak dipakai adalah seperti di

perlihatkan dalam gambar 2.1.

Impeller di pasang pada satu ujung poros, dan pada ujung yang lain di

pasang kopling untuk meneruskan daya dari penggerak. Poros di tumpu oleh dua

buah bantalan. Sebuah paking atau parapat di pasang pada bagian rumah yang di

tembus poros, untuk mencegah air membocor keluar atau udara masuk ke dalam

6

pompa. Dalam gambar 2.1 di perlihatkan paking sebagai perapat poros. Namun

selain paking juga digunakan perapat mekanis.( Sumber: Sularso (2000:75))

Gambar 2.1. Pompa sentrifugal

(Sumber: Sularso (2000:75))

2.2. Impeller

Impeler Merupakan bagian yang berputar dari pompa dan memberikan

daya pada air, sehingga air akan mendapatkan energi spesifik berupa kecepatan

dan tekanan. Di dalam rumah pompa, kecepatan air secara berangsur-angsur

diubah menjadi tekanan statis.

Impeler dipasang pada satu ujung poros dan pada ujung yang lain dipasang

kopling untuk meneruskan daya dari penggerak. Poros ditumpu oleh dua buah

bantalan. Sebuah paking atau perapat dipasang pada bagian rumah yang

7

ditembus poros, untuk mencegah air membocor keluar atau udara masuk dalam

pompa.

Bentuk impeller mempunyai pengaruh yang besar terhadap kinerja suatu

impeller, salah satunya bentuk diameter. Untuk menentukan diameter impeller

dapat dinyatakan pada persamaan berikut:

2

D =n

H. 84,5 (2.1)

2.2.1. Jenis-jenis impeler

a. Impeler Tertutup

Disebut sebagai impeler tertutup karena baling-baling di dalamnya tetutupi

oleh mantel di kedua sisi.Jenis impeler ini banyak digunakan pada pompa air

dengan tujuan mengurung air agar tidak berpindah dari sisi pengiriman ke sisi

penghisapan. Impeler jenis ini memiliki kelemahan pada kesulitan yang akan

didapat jika terdapat rintangan atau sumbatan.

b. Impeler Terbuka dan Semi Terbuka

Dengan kondisinya yang terbuka atau semi terbuka, maka kemungkinan

adanya sumbatan pun jauh berkurang.Hal ini memungkinkan adanya

pemeriksaan impeler dengan mudah.Namun, jenis impeler ini hanya dapat diatur

secara manual untuk mendapatkan setelan terbaik.

c. Impeler Pompa Berpusar/Vortex

Pompa yang digunakan untuk memompa bahan-bahan yang lebih padat

ataupun berserabut dari fluida cair, impeler vortex dapat menjadi pilihan yang

baik.Pompa jenis ini 50% kurang efisien dari rancangan konvensionalnya.

Seperti yang di jelaskan pada gambar 2.2. adalah jenis-jenis impeller.

8

Gambar 2.2 Jenis impeler

(Sumber : https://logamceper.com/wp-content/uploads/2016/02/impeller.jpg)

2.2.2. Arah Aliran Keluar Impeller

a. Pompa aliran radial

Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran radial pada bidang yang

tegak lurus terhadap poros dan head yang timbul akibat dari gaya sentrifugal itu

sendiri. Pompa aliran radial mempunyai head yang lebih tinggi jika

dibandingkan dengan pompa jenis yang lain.

b. Pompa aliran aksial

Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran aksial terletak pada

bidang yang sejajar dengan sumbu poros dan head yang timbul akibat dari

besarnya gaya angkat dari sudu-sudu geraknya. Pompa aliran aksial head yang

lebih rendah tetapi kapasitasnya lebih besar.

c. Pompa aliran campuran

Pada pompa ini fluida yang masuk sejajar dengan sumbu poros dan keluar

sudu dengan arah miring (merupakan perpaduan dari pompa aliran radial dan

aliran aksial). Pompa ini mempunyai head yang lebih rendah namun mempunyai

kapasitas lebih besar.

9

2.3. Pengertian fluida

Fluida didefinisikan sebagai zat atau substansi yang akan mengalami

deformasi secara berkesinambungan apabila terkena gaya geser (gaya

tangensial) sekecil apapun. Berdasarkan mampu mampatnya fluida dibagi

menjadi 2 yaitu compressible fluid dan incompressible fluid.

2.3.1. Aliran Fluida Dalam Pipa

Fluida yang bergerak dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa katagori.

Apakah alirannya steadi atau tak steadi, apakah fluidanya kompresibel

(dapat mampat) atau inkompresibel (tak dapat mampat), apakah fluidanya

viskos atau nonviskos, atau apakah aliran fluidanya laminar atau turbulen.

Jika fluidanya steadi, kecepatan partikel fluida pada setiap titik tetap terhadap

waktu. Fluida pada berbagai bagian dapat mengalir dengan laju atau

kecepatan yang berbeda, tetapi fluida pada satu lokasi selalu mengalir dengan

laju atau kecepatan yang tetap.

Fluida inkompressibel adalah suatu fluida yang tak dapat dimampatkan.

Sebagian besar cairan dapat dikatakan sebagai inkompressibel. Dengan mudah

anda dapat mengatakan bahwa fluida gas adalah fluida kompressibel, karena

dapat dimampatkan. Sedangkan fluida viskos adalah fluida yang tidak

mengalir dengan mudah, seperti madu dan aspal. Sementara itu, fluida tak

viskos adalah fluidayang mengalir dengan mudah, seperti air.

Aliran fluida dapat dikategorikan:

a. Aliran Laminer adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-

lapisan membentuk garis-garis alir yang tidak berpotongan satu sama lain.

10

Hal tersebut di tunjukkan oleh percobaan Osborne Reynold. Pada laju

aliran rendah, aliran laminer tergambar sebagai filamen panjang yang

mengalir sepanjang aliran. Aliran ini mempunyai Bilangan Reynold lebih

kecil dari 2300

b. Aliran Turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak

secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling

interaksi. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling

berpotongan. Oleh Osborne Reynold digambarkan sebagai bentuk yang

tidak stabil yang bercampur dalam wamtu yang cepat yang selanjutnya

memecah dan menjadi takterlihat. Aliran turbulen mempunyai bilangan

reynold yang lebih besar dari 4000.

c. Aliran transisi

merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.

2.4. Head

Head didefinisikan sebagai ketinggian pada mana kolom fluida harus naik

untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang di kandung satu

satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Tnggi tekan itu ada dalam tiga

bentuk, yang dapat saling dipertukarkan antara lain:

a. Head tekanan adalah energi yang dikandung oleh fluida akibat tekanannya,

dan sama dengan P/𝛾. bila satu manometer terbuka dihubungkan tegak

lurus dengan aliran, fluida akan naik di dalam tabung ke ketinggian yang

sama dengan P/𝛾

11

b. Head kecepatan adalah suatu ukuran energi kinetik yang di kandung satu

satuan bobot fluidaa yang di sebabkan oleh kecepatannya, dan dinyatakan

oleh persamaan yang biasa di pakai untuk energi kinetik, v2/2g. Energi

energi ini dapat di ukur dengan tabung pitotyang di tempatkan dalam

aliran seperti yang di tunjukan pada gambar 2.3. kaki manometer yang

sebelah lagi dihubungkan dengan laluan secara tegak-lurus terhadap aliran

untuk menyamatkan tekanan yang ada pada laluan paa titik ini.

c. Head potensial / elevasi adalah idasarkan pada ketinggian fluida di atas

bidang banding (datum plane). Jadi, suatu kolom air setinggi z ft

mengandung sejumlah energi di sebabkan oleh posisi nya, dan disebutkan

fluida tersebut mempunyai head sebesar z ft kolom air.

(Sumber: Autin H. Church. Zulkifli Harahap (1993:9))

Gambar 2.3 Metode-metode pengukuran berbagai bentuk head

(Sumber: Autin H. Church. Zulkifli Harahap (1990;10))

2.5. Kinerja Aliran Fluida

Faktor yang mempengaruhi terhadap kinerja aliran fluida didalam pipa

dapat meliputi, debit air, tekanan. dan kecepatan aliran. Dari ketiga faktor

kinerja aliran tersebut didapat persamaan sebagai berikut :

12

2.5.1. Debit air

Debit / kapasitas merupakan volume fluida yang dapat dialirkan per satuan

waktu. Pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan flow meter

sensor, venturimeter, orifice, pitot tube dan lain-lain. Satuan dari kapasitas (Q)

adalah m3/s, liter/s, atau ft3/s.

Perhitungan debit dapat dinyatakan pada persamaan berikut:

t

VQ (2.2)

2.5.2. Kecepatan Aliran

Kecepatan aliran sebagai kinerja aliran fluida dapat di nyatakan pada

persamaan berikut :

A

QV (2.3)

luas peampang pipa dapat dirumuskan dengan:

2

4d

nA (2.4)

2.5.3. Tekanan Hidrostatis

Pada prinsip tekanan terdiri dari tekanan atmosfir, tekanan terukur dan

tekanan absolute. Tekanan atmosfir disebabkan oleh berat grafitasi udara diatas

permukaan bumi dan tekanan ini sulit dihitung. Pengukuran tekanan biasanya

diukur dengan manometer U yang menggunakan pipa berdiameter berbentuk U

dan di isi dengan cairan yang lebih besar masssa jenisnya dari pada air

contohnya air raksa.

13

persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut:

hgP .. (2.5)

Persamaan (2.5) menyatakan bahwa tekanan P berbanding terbalik dengan

luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama,

luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar dari pada

luas bidang yang besar.

Tekanan disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan yang dialami oleh

suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas

titik tersebut.

2.6. Segitiga Kecepatan

Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida yang

menumbuk sudu. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat membantu

dalam pemahaman proses konversi pada sudu-sudu impeller atau pada jenis

yang lain. Adapun persamaan dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut

Pada titik 1 bisa diproleh segitiga kecepatan masuk, yaitu dengan jalan

pada titik 1 di gambar 𝑐 yang arahnya tegak lurus 𝜇 di dapat dari :

60

..1

1

nDu

(2.6)

Dari gambar 2.4 memperlihatkan bentuk roda dari penampang roda jalan

pompa sentrifugal. Terjadi dari sudut awal sudu 𝛽 , dan 𝛽 sudah diketahui

besanya karena sudah menjadi syarat pembuatan sudu.

Dari sini fluida yang mengalir ke bagian punggung dari sudu jalan yang

melengkung, supaya mendapatkan penghantaran dan pengaliran yang maka

jumlahnya sudu jalan harus tertentu, karena adanya gaya sentrifugal fluida yang

14

ada pada saluran sudu jalan tersebut menjadi bergerak maju dan didorong keluar

dari saluran sudu jalan. Jadi dari akibat berputarnya roda jalan dengan kecepatan

u dan bentuknya sudu jalan yang sedemikian rupa didapat kecepatan relatif

aliran fluida di bagian masuk saluran sudu 𝑤 dan kecepatan relatif di bagian

keluar 𝑤 . Besarnya kecpatan w didapat dari persamaan kontiniutas. Diameter

roda jalan di bagian keluar 𝐷 lebih besar dari pada di bagian masuk 𝐷 dan

lebar sudu 𝑏 hanya sedikit lebih dari pada 𝑏 , sehingga pada umumnya 𝑤 lebih

kecil dari pada 𝑤 .

Kondisi luar dari roda jalan yaitu titik 2, fluida mempunyai kecepatan

keluar mutlak 𝑐 , yang didapat dengan melalui segitiga kecepatan keluar dari

𝑤 , 𝑢 - sudut keluar sudu 𝛽 yang besarnya bisa dipilih dengan bebas.

Setelah keluar dari roda jalan fluida melalui ruang tanpa sudu 3 dan

sampai didalam sudu pengarah dengan kecepatan 𝑐 , tetapi bila kontruksi pompa

harus dibuat sederhana dimana fluida yang keluar dari roda jalan langsung

masuk ke dalam rumah pompa, maka 𝑐 harus diarahkan sedemikian rupa

sehingga perpindahan fluida dari roda jalan kerumah pompa sedapat mungkin

bisa bebas.

Gambar 2.4. Penampang Melalui Sudu-Sudu Roda Jalan Suatu Pompa

(Sumber : Fritz dietzel, Dakso sriyono.1993)

15

2.7. Putaran Spesifik

Komponen utama pada pompa antara lain adalah impeller dan rumah

pompa. Dimana pada impeller, zat cair mendapatkan percepatan sedemikian

rupa sehingga dapat mengalir keluar. Bentuk dari impeller pompa dapat

ditentukan dengan menggunakan besaran yang disebut putaran spesifik ( ).

Dengan kata lain harga dipakai sebagai parameter untuk menentukan jenis

impeller pompa, jadi apabila harga putaran spesifik pompa sudah ditentukan

maka bentuk impeller dapat ditentukan pula.seperti yang di tujukan pada gambar

2.5.

Gambar 2.5. Pemilihan dari bentuk impeller

(Sumber: Fritz dietzel, Dakso sriyono.1993)

4/3.

H

Qnn

s (2.7)

Kecepatan spesifik yang didiefinisikan dalam persamaan diatas adalah

sama utuk pompa-pompa yang sebangun atau sama bentuk impellernya,

meskipun ukuran dan putarannya berbeda, ada empat jenis impeller berdasarkan

putaran spesifik adalah sebagai berkut :

16

= (100 -2500 = Impeller jenis radial

= (100 - 780) = impeller jenis francis

= (320 - 1400) = Impeller jenis aliran campuran

= (890 – 2500) = Impeller jenis aksial

(Fritz dietzel, Dakso sriyono.1993).

2.8. Perhitungan Head

2.8.1. Head Total Pompa

Dalam memilih suatu pompa untuk maksud tertentu, terlebih dahulu harus

diketahui aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan fluida yang akan

dipompa. Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan

untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai kondisi instalasi

pompa atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya

dinyatakan dalam satuan panjang seperti yang di tujukan pada gambar 2.6. Head

dapat bervariasi pada penampang yang berbeda, tetapi pada kenyataannya selalu

ada rugi energi. Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan

jumlah air seperti direncanakan, dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang

akan dilayani oleh pompa.

Gambar 2.6. Head pompa

(Sumber: Sularso, Haruo Tahara.2000)

17

Dari gambar 2.6. kita dapat menentukan head total pompa dengan

persamaan dibawah ini:

g

VthlhphH

s2

2

(2.8)

Head total pompa salah satunya dipengaruhi oleh bebagai kerugian pada

sistem perpipaan yaitu gesekan dalam pipa, katup, belokan, sambungan, reduser

dll. Untuk menentukan head total yang harus disediakan pompa, perlu

menghitung terlebih dahulu kerugaian-kerugaian pada instalasi. Dimana

kerugian-kerugian tersebut akan dijumlahkan untuk mengetahui kerugian head

yang terjadi dalam instalasi. Berikut akan dihitung kerugian head pemipaan dan

instalasi pengujian pompa.(Sularso, Haruo Tahara.2000)

2.8.2. Head Statis Total

Head potensial / elevasi adalah perbedaan ketinggian antara fluida pada

sisi tekan dengan ketinggian fluida pada sisi isap. Head elevasi dapat dinyatakan

dengan rumus sebagai berikut:

itsZZh (2.9)

2.8.3. Head Kerugian gesek untuk zat cair di dalam pipa

Untuk aliran yang laminar dan turbulen, terdapat rumus yang berbeda.

Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminar atau turbulen, dipakai bilangan

reynold yang bersangkutan.

Bilangan Reynold

18

u

dV .Re (2.10)

Keterangan :

= Viskositas kinetic zat cair ( .

(sumber: sularso,2000. Tabel kerapatan dan kekentalan air 1 atm)

Pada Re < 2300, aliran laminar dan Re > 4000, aliran bersifat turbulen dan

jika Re = 2300-4000 terdapat aliran transisi.

Perhitungan pola aliran di dalam pipa dipengaruhi oleh pola aliran, untuk

aliran laminar dan turbulen akan menghasilkan nilai faktor gesekan yang

berbeda. Hal ini di karenakan karakteristik dari aliran tersebut. Nilai faktor

gesekan pipa dapat di cari dengan diagram moody, namun untuk ketelitian dapat

digunakan persamaan moody pada aliran laminar:

Aliran Laminar (Re < 2300) harga dapat dihitung dengan persamaan:

Re

64f ( 2.11)

Dan nilai untuk faktor gesekan pipa pada aliran turbulen (Re > 4000)

harga dapat dihitung dengan persamaan:

3/16Re/10/2000010055,0 df

(2.12)

Untuk menghitung faktor gesekan antara dinding pipa dengan aliran fluida

tanpa adanya perubahan luas penampang di dalam pipa dapat dipakai rumus

Darcy yang secara matematis ditulis sebagai berikut:

gd

vLh

f2

.2

(2.13)

19

2.8.4. Kerugian head pada sambungan elbow 90º pada pipa

Kerugian minor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi

pada katup-katup, sambungan T, sambungan belokan dan pada luas penampang

yang tidak konstan. Pada aliran yang melewati belokan dan katup head loss

minor yang terjadi dapat dihitung dengan rumusan sebagai berikut:

g

vnkhl

2

2

11 (2.14)

Keterangan :

= Factor kelengkungan pipa lekuk 90º = 1,129

(sumber;Sularso,pompa dan kompresor. Tabel kerugian belokan pipa)

2.8.5. Kerugian head pada katub isap dengan saringan.

Kerugian ini dapat dilihat dengan persamaan sebagai berikut:

g

vkhl

2

2

2 (2.15)

Keterangan :

k=faktor akibat adanya katub isap dengan saringan = 1,97

(sumber;Sularso,pompa dan kompresor. Tabel kerugian belokan pipa)

2.9. Daya Hidrolis

Daya hidrolis (daya pompa teoritis) adalah daya yang diperlukan untuk

mengalirkan sejumlah zat cair. Daya hidrolis dapat dihitung dengan persamaan

berikut.

102

.. QHN

h

(2.16)

20

2.10. Efisiensi Pompa

Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diberikan pompa

kepada fluida dengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa.

Berubahnya kapasitas akan mempengaruhi efisiensi pompa dan daya pompa.

Sehingga untuk efisiensi pompa ( ) dapat dicari dengan menggunakan

persamaan 2.17. (Austin H.Chruch. Zulkifli Harahap.1990)

%100

m

h

N

N (2.17)

2.11. Daya Pompa Sentrifugal

Berdasarkan energi atau daya dibutuhkan untuk memutar poros pompa

dipengaruhi oleh kapasitas pompa, tinggi tekan total pompa, berat jenis fluida

yang dipompakan, serta efisiensi total pompa tersebut. Daya yang dibutuhkan

untuk memutar poros pompa di sebut juga dengan daya pompa dirumuskan

dengan persamaan sebagai berikut:

102

..

HQN

p (2.18)

2.12. NPSH

NPSH adalah head yang dimiliki zat cair pada sisi isap pompa dikurangi

dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut.NPSH yang tersedia

tergantung kepada tekanan atmosfer atau tekanan absolut pada permukaan zat

cair dan kondisi instalasinya. Besarnya dapat dihitung dengan persamaan

berikut:

21

ii

va

svhlZ

PPh

(2.19)

2.13. Pelukisan Sudu Impeller

Perencanaan impeller ini dalam melukis bentuk sudu dapat dilakukan

dengan metode arkus tangen pada metode ini impeller dibagi menjadi lingkaran-

lingkaran konsentris, tidak perlu jaraknya sama antara R1 dan R2. Jari-jari busur

yang menggambarbkan bentuk sudu antara sembarang jari-jari Ra dan Rb

diberikan oleh rumus :

aabb

RR

aRbR

cos.cos..2

2

2

(2.20)

Dengan rumus diatas harga kelengkungan (panjang) sudu dapat

dihitung dalam bentuk tabel di bawah ini

Tabel 2.1. Contoh perhitungan harga untuk pelukisan sudu impeller

Ring R R² 𝛽 cos𝛽 R.cos𝛽 cos𝛽 - cos𝛽 𝑏

1

A

B

C

2

Harga-harga pada kolom terakhir menunjukkan jari jari busur lingkaran

yang berada di antara lingkaran-lingkaran konsentris. Busur-busur lingkaran ini

22

adalah merupakan garis singgung terhadap masing-masing lingkaran, pusat

lingkaran busur-busur yang bersebelahan adalah letak garis dengan masing-

masing titik sesungguhnya.

Untuk memulai pelukisan, lukis lingkaran dengan jari-jari dan lalu

lingkaran , , , dengan harga-harga yang terdapat ditabel. Lukis sebuah

garis yang di tarik dari titik , yang membuat sudut 𝛽 , dengan panjang garis

yang diambil dari nilai , lalu membuat garis dengan jangka dari Jari-jari titik

sehingga memotong jari-jari A.

Dari jari-jari titik A ditarik garis dengan nilai sehingga menyentuh garis

sudut 𝛽 . Lalu membuat garis dengan jangka dari jari-jari titik A sehingga

memotong jari-jari B.

Proses ini di ulang hingga dicapai lingkaran yang paling luar ( ),

Sehingga mendapat sudut 𝛽 seperti yang di tujukan pada gambar 2.7. (Autin H.

Church. Zulkifli Harahap (1990))

Gambar 2.7. Pelukisan sudu impeller

23

BAB 3

METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan metode ekperimental, yaitu dengan melakukan

serangkaian pengujian variasi diameter impeller pompa yang meliputi debit air,

head, daya dan efisiensi pompa. Penelitian ini menggunakan 3 buah impeller

pompa dengan diameter impeller 110 mm, 115 mm dan 120 mm.

3.1. Diagram Alir Penelitian

Start

Persiapan Alat dan bahan

Pengecoran variasi diameter impeller

Perakitan instalasi pengujian

Pemasangan alat ukur pada sistem instalasi

pengujian

Tes Kebocoran dan Tes

Alat ukur sistem di beri

Tekanan Air

Variasi penggunaan Diameter Impeller

110 mm

115 mm

120 mm

Perbaikan

24

Gambar 3.1. Diagram Alir

3.2. Tempat dan Waktu Penelitian

3.2.1. Tempat

Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik Mesin UNIVERSITAS

MUHAMMADIYAH SUMATRA UTARA, Jl. Kapten Mukhtar Basri, Ba No.

3 Medan - 20238 Telp. 061-6622400 Ext. 12.

3.2.2. Waktu

Tabel 3.1. Waktu penelitian

No KEGIATAN BULAN (2017-2018)

5 6 7 8 9 10 11 12 1

1 Referensi Judul

2 ACC Judul

3 Pembuatan Prposal

4 Pengecoran Impeller

5 Pembuatan instalasi

6 Pengujian Impeller

7 Pembuatan Laporan

8 Seminar

kesimpulan

Analisis dan Generalisasi hasil

Penempatan Posisi Flowmeter Sensor

Selesai

A

A

25

9 Sidang

3.3. Alat dan Bahan

3.3.1. Spesifikasi Pompa

Pompa yang digunakan untuk penelitian tugas akhir ini adalah pompa

sentrifugal yang bermerek SAN-EI dengan code401A dan spesifikasi sebagai

berikut :

Gambar 3.2. Pompa sentrifugal merek san-ei SE -401A

3.3.2. Spesifikasi Impeller

Gambar 3.3. Spesfikasi Impeller

26

Spesifikasi

1. Diameter Dalam Impeller ( ) : 38 mm

2. Diameter Luar Impeller ( ) : 120 mm

3. Diameter Lubang Poros (D) : 12 mm

4. Tinggi Impeller (T ) : 20 mm

5. Tinggi Sudu (T ) : 12 mm

6. Tebal sudu (s) : 2,9 mm

7. Jumlah Sudu (z) : 3

8. Panjang Sudu (L) : 120 mm

3.3.3. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan yaitu:

1. Pompa sentrifugal

Pompa sentrifugal berfungsi sebagai alat uji untuk memompakan

air dari sisi hisap ke sisi tekan.

Gambar 3.4. Pompa Sentrifugal

27

2. Pipa 1 ½ inchi

Pipa berfungsi sebagai instalasi pipa untuk mengalirkan air dari pipa

isap dan mengalir menuju pipa tekan.

Gambar 3.5. Pipa

3. Elbow

Elbow berfungsi untuk menyambung pipa dengan arah yang

melengkung, elbow memiliki kelengkungan 90º

Gambar 3.6. Elbow

28

4. Flow Meter Sensor

Flow Meter Sensor berfungsi sebagai alat ukur untuk mengetahui

debit air dan volume air dengan spesifikasi : Model YF-DN40. Working

Range 5-150- L/min dan Water Pressure = 1,75 Mpa.

Gambar 3.7. Flow Meter Sensor

5. Manometer U

Manometer U Befungsi sebagai alat mengukur tekanan air di dalam pipa.

29

Gambar 3.8. Manometer U

6. 3 buah impeller dengan panjang 110 mm, 120 mm, dan 130 mm.

Impeller berfungsi sebagai spesimen yang akan di uji pada pompa

dengan diameter impeller yang berbeda.

Gambar 3.9. Impeller

7. Stopwatch

Berfungsi untuk mengukur waktu pada saat menampung air untuk

mengetahui dabit aliran.

30

Gambar 3.10. Stopwatch

8. Arduino UNO

Arduino Uno berfungsi sebagai memuat semua yang dibutuhkan

untuk mendukung microcontroller, dengan cara dihubungkan dengan

komputer menggunakan kabel USB.

Gambar 3.11. Arduino Uno

9. Softwere Arduino

Berfungsi untuk memprogram arduino flow meter sensor dan

mengetahui debit air dan volume yang keluar.

31

Gambar .3.12. Softwere Arduino

10. Laptop

Berfungsi untuk membuka Softwere Arduino

Gambar 3.13. Leptop

11. Gelas Ukur

Berfungsi untuk mengukur banyak air yang keluar dari ujung pipa.

32

Gambar 3.14. Gelas Ukur

12. Kunci T, Kunci Pas dan kunci Ring

Berfungsi untuk membuka rumah impeller dan membuka mur

untuk melapas inpeller

Gambar 3.15. Kunci-Kunci untuk membuka impeller dan rumah impeller

13. Meteran

33

Berfungsi untuk mengukur panjang pipa, mengukur jarak antara pipa

isap dengan permukaan air dan mengukur jarak antara pipa tekan dengan

permukaan air.

Gambar 3.16. Meteran

3.4. Desain Alat

Desain alat yang digunakan pada penelitian variasi diameter impeller ini

adalah desain alat yang sederhana. Alat yang dibuat untuk mengalirkan fluida

dari pipa isap dan mengalir ke pipa tekan, setelah adanya perubahan diameter

pada impeller. Desain alat dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.3.

34

Gambar 3.17. Desain alat

Keterangan :

1. Pompa Sentrifugal mempunyai elemen utama yakni berupa motor

penggerak dengan sudu impeller yang berputar dengan kecepatan tinggi

untuk memompakan fluida dari sisi isap ke sisi tekan

2. Pipa tekan berguna untuk mengalirkan air menuju flowmeter sensor

3. Pipa isap berguna untuk menghisap fluida dari bak air dan mengalirkannya

menuju pipa tekan.

4. Manometer U sisi tekan berguna untuk mengukur tekanan hidrostatis pipa

tekan.

5. Manometer U sisi isap berguna untuk mengukur tekanan hidrostatis pipa

isap.

6. Flow meter sensor berguna untuk mengukur kapasitas air yang telah di

pompakan dari pompa sentrifugal

7. Bak air berguna sebagai wadah Fluida.

35

3.5. Skema rangkaian flowmeter sensor dengan arduino uno

Rangkaian pada flowmeter sensor terhadap arduino digunakan rangkaian

receiver, dimana bagian receiver terdiri dari receiver modul yang akan

menerima data kemudian diolah di mikrokontroller arduino uno kedua yang

akan didisplay pada leptop.

Untuk skema rangkaian receiver seperti pada gambar di bawah:

Gambar 3.18. Skema rangkaian Flow meter sensor

Bagian transmiter dimulai dari sensor flowmeter yang mempunyai 3 pin.

Pertama pin merah sensor yaitu VCC dihubungkan dengan 5V pada arduino,

kedua pin hitam yaitu ground dihubungkan dengan ground pada arduino, dan

yang terakhir pin kuning yaitu output dihubungkan dengan pin digital I/O (2)

pada arduino.

3.6. Pengujian dan teknik pengambilan data

Adapun pengujian dan cara pengambilan data sebagai berikut :

1. Mempersiapkan instalasi dan peralatan.

2. menguji impeller standart dari pompa dengan panjang sudu 120 mm. Lalu

hidupkan mesin.

36

3. Pengambilan data debit air secara manual, dengan cara menampung air

sebanyak 5 liter sekaligus mengukur waktu menggunakan stopwatc. Untuk

diameter impeller 120 mm.

4. Pengambilan data dari flowmeter sensor dan pengambilan data tekanan

pada manometer U untuk impeller dengan diameter 120 mm.

5. Membuka rumah impeller dengan kunci 14 T dan 14 pas lalu membuka

impeller dengan kunci 17 ring.

6. mengganti impeller dengan diameter 120 mm, dengan diameter 115 mm,

lalu hidupkan pompa.

7. Penguian dan Pengambilan data debit air secara manual, dengan cara

menampung air sebanyak 5 liter sekaligus mengukur waktu menggunakan

stopwatch. Untuk diameter impeller 115 mm.

8. Pengambilan data dari flowmeter sensor dan pengambilan data tekanan

pada manometer U untuk impeller dengan diameter 115 mm.

9. Membuka rumah impeller dengan kunci 14 T dan 14 ring lalu membuka

impeller dengan kunci 17 ring.

10. Mengganti diameter impeller 115 mm, dengan diameter 110 mm, lalu

hidupkan pompa.

11. Pengujian dan Pengambilan data debit air secara manual, dengan cara

menampung air sebanyak 5 liter sekaligus mengukur waktu menggunakan

stopwatch. Untuk diameter impeller 110 mm.

12. Pengambilan data arduino flowmeter sensor dan pengambilan data tekanan

pada manometer U untuk impeller dengan diameter impeller 110 mm.

13. Selesai.

37

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Pengujian

38

Dari hasil pengujian eksperimen variasi diameter impeller yang dilakukan

dengan menggunakan instalasi alat yang sederhana di peroleh data sebagai

berikut.

Tabel 4.1. Data hasil pengujian

Diamete

r

impeller

(mm)

𝐡𝐢

Tekanan

Sisi Isap

(mm)

𝐡𝐭

Tekanan

Sisi

Tekan

(mm)

Voltmeter

volt

(V)

Waktu

(detik

)

Volume

(liter)

Debit

Sisi

Isap

(l/min)

Debit

Sisi

Tekan

(l/min)

110 mm 9 10 220 3.6 5 54,4 99,9

115 mm 10 11 220 3.4 5 66,0 101,6

120 mm 10 12 220 3.3 5 69,9 103,2

4.1.1. Perhitungan pada diameter impeller 110 mm

Data yang telah diketahui:

Diameter pipa d = inchi = 38 mm = 0,038 m

Massa jenis fluida 𝛾 = 1000 kg/m3

Viskositas kinetic zat cair =

Percepatan gravitasi g = 9,81 m/s2

Pipa yang digunakan pada instalasi adalah pipa plastik halus (PVC)

dengan nilai kekasaran = 0,05 mm.

4.1.1.1. Melukis bentuk sudu impeller dengan diameter 110 mm

39

Dalam perancanagan panjang (kelengkungan) sudu impeller pengaruh

diameter impeller dapat menyebabkan sudut inlet 𝛽 dan sudut outlet 𝛽 juga

akan berubah dan akan mempengaruhi head pompa yang dihasilkan. Sudut inlet

yang diijinkan dalam perancangan sudu impeller ialah 15º s/d 25º, sedangkan

untuk sudut outlet 15º s/d 40º.

Sudut inlet harus lebih kecil dari pada sudut outlet, jadi untuk mengetahui

panjang sudu dari diameter 110 di pakai sudut inlet 15º dan sudut outlet 25º.

Diketahui : = 110 mm 𝛽 = 15º

= 38 mm 𝛽 = 25º

/ 2 110/2 = 55 mm / 2 38/2 = 19 mm

Tabel 4.2. Perhitungan melukis sudu impeller 110 mm Ring R R² ß Cosß R.cosß Rb.cosßb - Ra.cosßa R²b-R²a ρ

1 19 361 15 0.965 18.335 - - -

A 28 784 17.5 0,953 26,684 8,349 423 25,33

B 37 1369 20 0,939 34,743 8,059 585 36.29

C 46 2116 22.5 0,923 42,458 7,715 747 48,41

2 55 3025 25 0.906 49.83 7,372 909 61,65

Harga pada kolom terakhir menunjukkan kelengkungan dan panjang sudu

impeller, dapat di hitung dengan persamaan (2.20) sebagai berikut:

aabb

RR

aRbR

cos.cos..2

2

2

33,25

33,9.2

56,494

29,3678,8.2

69,704

40

41,49

11,8.2

81,914

65,61

38,7.2

94,1124

Dari perhitungan kelengkungan (panjang) sudu impeller diatas maka dapat

dilukiskan sudu dari diameter impeller 110 seperti pada gambar 4.1.

Gambar 4.1. Pelukisan sudu pada diameter impeller 110 mm

pengaruh diameter impeler dapat menyebabkan sudut 𝛽 akan berubah

sehingga panjang dari sudu pada diameter 110 adalah:

28,87 + 27,48 + 24,67 + 22,28 = 97,3 mm

4.1.1.2. Debit air Q

Debit air diketahui dari hasil pengujian menggunakan flow meter sensor

kemudian diolah di mikrokontroller arduino uno yang akan didisplay pada

leptop. Yang ditunjukan pada gambar 4.2 dan 4.3. pengambilan data debit air

dilakukan secara manual dengan cara memasang flow meter sensor pada pipa

41

dan menampung air pada ujung pipa ke dalam sebuah wadah yang memiliki

volume 5 meter, pada saat yang sama juga dilakukan perhitungan waktu yang di

peroleh 3,6 detik untuk diameter 110 mm.

Maka data yang di peroleh dari flow meter sensor pada sisi isap sebagai berikut:

Gambar 4.2. Data hasil pengujian pada sisi isap

Debit air Pada sisi isap 𝑄𝑖 = 54,4 L/min = 0,00091

Dan data yang di peroleh dari flow meter sensor pada sisi tekan sebagai berikut:

Gambar 4.3. Data hasil pengujian pada sisi tekan

Debit air Pada sisi tekan 𝑄𝑡 = 99,9 L/min = 0,00167

42

4.1.1.3. Kecepatan aliran pada pipa isap

Sebelum menghitung kecepatan aliran, terlebih dahulu harus mengetahui

luas penampang pipa dengan persamaan (2.4):

2

4d

nA

2

038,04

14,3mA = 0,0011

Setelah menghitung luas penampang maka kecepatan pada pipa isap dapat

diketahui dengan persamaan (2.3):

A

QV

i

i

2

3

0011,0

/00091,0

m

smV

i = 0,82 m/s

4.1.1.4. Kecepatan aliran pada pipa tekan

Kecepatan pada pipa tekan didapat dari debit air pada sisi tekan dibagi

dengan luas penampang. Dapat diketahui dengan persamaan (2.3):

A

QV

t

t

2

3

0011,0

/00167,0

m

smV

t = 1,51 m/s

4.1.1.5. Tekanan hidrostatis pada pipa isap

Dari hasil uji eksperimen pada diameter impeller 110 diperoleh tekanan di

dalam pipa yang di ukur menggunakan manometer U, tekanan yang diperoleh

pada sisi isap adalah:

43

untuk menentukan tekanan hidrostatis pada pipa isap Dapat diketahui

dengan persamaan (2.5):

iihgP ..

iP msmmkg 009,0./81,9./13600

23

= 2/1200 mN

4.1.1.6. Tekanan hidrostatis pada pipa tekan

Pada sisi tekan tekanan yang terukur dengan manometer U adalah ℎ𝑡 = 10

mm = 0,010 m. (Tabel data hasil pengujian). untuk menentukan tekanan

hidrostatis pada pipa isap Dapat diketahui dengan persamaan (2.5):

tthgP ..

iP msmmkg 010,0./81,9./13600

23

=2

/1334 mN

4.1.1.7. Nilai kekasaran relatif

Nilai kekasaran relatif dapat diketahui dengan kekasan pipa yang digunakan,

yaitu pipa plastik halus (PVC) yang di ambil 0,002 mm (Lampiran tabel nilai

kekasaran pada pipa PVC). dibagi dengan diameter pipa:

/d = 0,002 mm/38 mm = 0,05

44

4.1.1.8. Perhitungan Head

Gambar 4.4. Head Pompa

Keterangan :

𝑡 = ketinggian fluida dari poros pompa ke permukaan air atas = (57 cm)

𝑖 = Ketinggian fluida dari poros ke permukaan air bawah (40 cm).

𝑡 = Panjang pipa, Bagian pipa tekan = (122 cm)

𝑖 = Panjang pipa, Bagian pipa isap = ( 80 cm)

a. Head Statis total

Head statis total perbedaan ketinggian antara fluida pada sisi tekan

dengan ketinggian fluida pada sisi isap. Dimana diketahui ketinggian sisi tekan

dengan ketinggian pada sisi isap pada instalasi di ukur dengan meteran yaitu

Ketinggian fluida pada sisi tekan 𝑡 = 0,57 m. Dan 𝑖 = 0,4 m. Untuk

mendapatkan head statis total, satuan cm di konversikan menjadi m. Dapat

dinyatakan dengan rumus (2.9) sebagai berikut:

itsZZh

4,057,0 s

h = 0,17 m

45

b. Head kerugian gesek dalam pipa isap dengan bilangan reynold

Dalam mencari kerugian gesek (f) terlebih dahulu mengetahui sifat aliran

dengan menggunakan bilangan reynold ( 𝑖): 𝑖 = didapat dari perhitungan

kecepatan aliran pada sisi isap. d = diameter pipa. = didapat dari (Lampiran

tabel viskositas kinetik zat cair). Dapat ditentukan dengan persamaan (2.10)

sebagai berikut:

u

dVi

i

.Re

sm

smsmi

/10.307.1

/038,0./82,0Re

26 = 23718,43

Pada 𝑖 > 4000, aliran pada pipa isap bersifat turbulen, dari bilangan

reynold diatas yang diproleh dengan perhitungan tersebut maka kerugian gesek

dalam pipa dapat di tentukan dengan diagram moody, namun untuk ketelitian

lebih dapat digunakan persamaan moody untuk aliran turbulen (2.12):

3/16Re/10/2000010055,0 df

3/1685,23840/1005,02000010055,0 f

= 0,081

Menentukan kerugian gesek dalam pipa dengan diagram moody pada

gambar (4.5)

46

Gambar 4.5. Diagram moody menentukan faktor gesek pada pipa isap

Dari diagram moody diatas dapat dapat diketahui faktor gesekan pada pipa

isap yaitu f : 0,072

c. Head kerugian gesek pada pipa isap

Untuk menghitung kerugian gesek antara dinding pipa dengan aliran fluida


Darcy yang secara matematis ditulis sebagai berikut, dimana nilai f di ambil dari

persamaan moody untuk aliran turbulen dengan nilai f : 0,081, 𝑖 : 80 cm

47

panjang pipa pada sisi tekan,(diukur dengan meteran), 𝑖 : di dapat dari

perhitungan Kecepatan pada sisi isap dan d: diameter pipa. dapat ditentukan


gd

vLfh

ii

f2

.2

1

2

2

1 /81,9.2.038,0

/82,0.8,0081,0

smm

smmh

f = m05,0

d. Kerugian head akibat sambungan elbow 90º pipa isap

Kerugian head pada sambungan elbow 90º pada instalasi, pipa isap hanya

ada 1 sambungan elbow dengan nilai faktor kelengkungan pipa lekuk 1,129

didapat dari (Lampiran tabel faktor kerugian belokan pipa) dan 𝑖 di dapat dari

perhitungan kecepatan pada sisi isap. dapat ditentukan dengan persamaan (2.14):

g

vnkhl

i

2

2

11

2

2

1/81,9.2

/82,0129,1.1

sm

smhl

= 0,03

e. Kerugian pada katub isap dan saringan

Kerugian head pada katub dan saringan k : 1,97 didapat dari (Lampiran

tabel faktor kerugian dari berbagai katub) dan 𝑖 di dapat dari perhitungan

kecepatan pada sisi isap. Dapat ditentukan dengan persamaan (2.15):

g

vikhl

2

2

2

2

2

2/81,9.2

/82,097,1

sm

smhl = m06,0

48

Jadi kerugian head pada sisi isap seluruhnya didapat dari kerugian head

pada pipa isap lurus ditambah kerugia head terhadap sambungan ditambah

kerugian head terhadap katub dan saringan:

06,003,005,0 i

hl m14,0

f. Head kerugian gesek pada pipa tekan dengan bilangan reynold


dengan menggunakan bilangan reynold ( 𝑡): 𝑖 = didapat dari perhitungan

kecepatan aliran pada sisi tekan. d = diameter pipa. = didapat dari (Lampiran

tabel viskositas kinetik zat cair). Dapat ditentukan dengan persamaan (2.10):

u

dVt.

Re

sm

msm

/10.307,1

038,0./51,1Re

6 = 43611,32

Pada 𝑡 > 4000, aliran pada pipa isap bersifat turbulen, dari bilangan

reynold diatas yang diproleh dengan perhitungan tersebut maka koefisen gesek


lebih dapat digunakan persamaan moody (2.12) untuk aliran turbulen:

3/16Re/10/2000010055,0 df

3/1632,43611/1005,02000010055,0 f

= 0,047

Menentukan kerugian gesek dalam pipa dengan diagram moody di tujukan

pada gambar (4.6)

49

Gambar 4.6. Diagram moody menentukan faktor gesek pada pipa tekan



g. Head kerugian gesek pada pipa tekan



Darcy yang secara matematis ditulis sebagai berikut, dimana nilai f diambil dari

persamaan moody untuk aliran turbulen f : 0,047, 𝑡 : 1,22 m panjang pipa pada

50

sisi tekan (Di ukur dengan meteran), 𝑡 : didapat dari perhitungan kecepatan

alirn fluida pada sisi tekan. dan d: diameter pipa. Dapat dipakai rumus Darcy

yang secara matematis ditulis sebagai berikut (2.13):

gd

vLfh

tt

f2

.2

2

2

2

2 /81,9.2.038,0

/51,1.22,1047,0

smm

smmh

f m17,0

h. Kerugian head akibat sambungan elbow 90º pada pipa tekan

Kerugian head pada sambungan elbow 90º pada instalasi pipa tekan ada n :

2 sambungan elbow dengan nilai Factor kelengkungan pipa lekuk = 1,129

didapat dari (Lampiran tabel faktor kerugian belokan pipa) dan 𝑡: di dapat dari

perhitungan kecepatan aliran fluida pada sisi tekan. Dapat dihitung dengan

rumus (2.14) sebagai berikut:

g

vnkhl

t

2

2

22

2

2

2/81,9.2

/51,1129,1.2

sm

smhl = 0,24

Jadi kerugian head keseluruhan pada pipa tekan adalah: ℎ head kerugain

gesek pada pipa lurus tekan ditambah ℎ head kerugian akibat sambungan 90º

22hlhfhl

t

24,017,0 t

hl = m41,0

51

i. Head kerugian keseluruhan dari pipa tekan dan pipa isap (hl)

Jadi keseluruhan kerugian head di pipa, katub, belokan dll. (hl) adalah

kerugian keseluruhan pada pipa tekan (ℎ 𝑡 di tambah kerugian kesluruhan pada

pipa isap (ℎ 𝑖 .

ithlhlhl

14,041,0 hl = m55,0

j. Head Total pompa

Sebelum mencari head total pompa harus menentukan head kecepatan

Keluar. Head total pompa dapat di ketahui dengan persamaan sebagai berikut:

2

22

/81,9.2

/51,1

2 sm

sm

g

Vt

= 0,11 m/s

Nilai Δhp adalah tekanan pada pemukaan air sisi atas dan tekanan

permukaan air pada sisi bawah, di mana dari instalasi yang di rancang tidak

memiliki tekanan pada permukaan air, jadi Δhp = 0. Maka head total pompa

dapat diketahui dengan persamaan (2.8) sebagai berikut:

g

VthlhphH

s2

2

11,055,0017,0 H

= 0,83 m

52

4.1.1.9. Daya Hidrolis

Daya pompa teoritis yang diperlukan untuk mengalirkan sejumlah

zat cair. Nilai Daya hidrolis dapat dihitung dengan persamaan (2.16) sebagai

berikut:

102

.. QHN

h

102

00167,0.83,0.1000

hN

kW014,0

4.1.1.10. Efisiensi pompa


kepada fluida dengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa. Sehingga

untuk efisiensi pompa ( ) dapat dicari dengan menggunakan persamaan(2.17):

%100

m

h

N

N

%10040,0

014,0

= 3,5

4.1.1.11. Daya Pompa Sentrifugal




untuk memutar poros pompa dirumuskan dengan persamaan (2.18) sebagai

berikut:

102

..

HQN

t

p

53

102.5,3

83,0.00167,0.1000

pN = kW 0,0038

4.1.1.12. Diameter impeller

Untuk melakukan perhitungan pada diameter impeller 110 diketahui

putaran pompa 2850, over head coeff =(0,8-0,9) maka diambil =0,9.

Perhitungan diameter impeller 110 dapat ditentukan dengan persamaan (2.1)

2D =

n

H. 84,5

2D =

2850

0,839,0. 84,5

= m026,0

4.1.1.13. Net Positive Suction Head (NPSH yang tersedia)

Besarnya NPSH dapat dihitung dengan persamaan berikut (2.17):

ii

va

svhlZ

PPh

14,04,098,9

237

98,9

0

svh = m2,23

4.1.1.14. Segitiga kecepatan

Untuk mendapatkan besarnya kecepatan relative (w) dapat di gambar

segitiga kecepatan pada impeller. Terlebih dahulu harus mengetahui kecepatan

impeller dapat di tentukan dengan persamaan sebagai berikut (2.6):

a. Untuk sisi inlet

60

..1

1

nDu

60

2850.14,3.038,01u

6,5

54

b. Untuk sisi outlet

60

..2

2

nDu

60

2850.14,3.110,01u

4,16








dengan nilai kekasaran = 0,05 mm










= 38 mm 𝛽 = 25º

55

/ 2 115/2 = 57,5 mm / 2 38/2 = 19 mm

Tabel 4.3. Perhitungan melukis sudu impeller 115 mm

Ring R R² ß cosß R.cosß Rb.cosßb - Ra.cosßa R²b-R²a ρ

1 19 361 15 0.96 18.24 - - -

A 28,62 819.1 17.5 0.95 27,189 8,949 458 25,58

B 38,24 1462,2 20 0.93 35,56 8,38 643,19 38,36

C 47,86 2290,5 22.5 0.92 44,03 8,47 828,28 48,89

2 57,5 3306 25 0.9 51,75 7,72 1015,43 65,79



aabb

RR

aRbR

cos.cos..2

2

2

60,25

65,9.2

56,494

27,31

45,9.2

69,704

61,49

21,8.2

81,914

81,62

95,8.2

94,1124



56




28,35 + 28,71 + 25,98 + 21,89 = 104,93 mm










57


Debit air Pada sisi isap 𝑄𝑖 = 66,0 L/min = 0,00110

Dan data yang di peroleh dari flow meter sensor pada sisi tekan sebagai berikut:


Debit air Pada sisi tekan 𝑄𝑡 = 101,6 L/min = 0,00169

4.1.2.3. Kecepatan aliran pipa isap

Sebelum menghitung kecepatan aliran, terlebih dahulu harus mengetahui

luas penampang pipa dengan persamaan (2.4):

58

2

4d

nA

2

038,04

14,3mA = 0,0011


diketahui dengan persamaan (2.3):

A

QV

i

i

2

3

0011,0

00110,0

m

sm

Vi

21 sm

4.1.2.4.Kecepatan aliran pada pipa tekan



A

QV

t

t

2

3

0011,0

/00169,0

m

smV

t = 1,53 m/s

4.1.2.5.Tekanan hidrostatis pada pipa isap



pada sisi isap adalah: h1 = 10 mm = 0,010 m (Tabel data hasil pengujian)

untuk menentukan tekanan hidrostatis pada pipa isap Dapat diketahui


iihgP ..

59

iP msmmkg 010,0./81,9./13600

23

=2

1334 mN





tthgP ..

iP msmmkg 011,0./81,9./13600

23

=2

/1467 mN


Nilai kekasaran relatif dapat diketahui dengan kekasan pipa yang

digunakan, yaitu pipa plastik halus (PVC) yang di ambil 0,002 mm (Lampiran

tabel nilai kekasaran pada pipa PVC). dibagi dengan diameter pipa:

/d = 0,002 mm/0,038 mm = 0,05


60


Keterangan :






Head statis total perbedaan ketinggian antara fluida pada sisi tekan

dengan ketinggian fluida pada sisi isap. Dimana diketahui ketinggian sisi tekan

dengan ketinggian pada sisi isap pada instalasi di ukur dengan meteran yaitu

Ketinggian fluida pada sisi tekan 𝑡 = 0,57 m. Dan 𝑖 = 0,4 m. Untuk



itsZZh

61

4,057,0 s

h = 0,17 m






sebagai berikut:

u

dVi

i

.Re

sm

smsmi

/10.307.1

/038,0./1Re

26 = 29074,21

Pada 𝑖 > 4000, aliran pada pipa isap bersifat turbulen, dari bilangan



lebih dapat digunakan persamaan moody untuk aliran turbulen (12):

3/16Re/10/2000010055,0 df

3/1621,29074/1005,02000010055,0 f

= 0,068

Menentukan kerugian gesek dalam pipa dengan menggunakan diagram

moody di tujukan pada gambar (4.11).

62




c. Head kerugian gesek pada pipa isap




persamaan moody untuk aliran turbulen f : 0,068 , 𝑖: 80 cm panjang pipa pada

sisi tekan,(diukur dengan meteran), 𝑖 : di dapat dari perhitungan Kecepatan

pada sisi isap dan d: diameter pipa. dapat ditentukan dengan persamaan (2.13):

63

gd

vLfh

ii

f2

.2

1

2

2

1 /81,9.2.038,0

/1.8,0068,0

smm

smmh

f = 0,07 m






g

vnkhl

i

2

2

11

2

2

1/81,9.2

/1129,1.1

sm

smhl = 05,0

e. Kerugian pada katub isap dan saringan




g

vikhl

2

2

2

2

2

2/81,9.2

/197,1

sm

smhl = m09,0




64

09,005,007,0 i

hl m21,0

f. Haed kerugian gesek pada pipa tekan dengan bilangan reynold





u

dVt.

Re

sm

msm

/10.307,1

038,0./53,1Re

6 = 44483,55

Pada 𝑡 > 4000, aliran pada pipa isap bersifat turbulen, dari bilangan



lebih dapat digunakan persamaan moody (2.12) untuk aliran turbulen:

3/16Re/10/2000010055,0 df

3/1655,44483/1005,02000010055,0 f

= 0,046

Menentukan kerugian gesek dalam pipa dengan menggunakan diagram

moody ditujukan pada gambar (4.12)

65




g. Head kerugian gesek pada pipa tekan




persamaan mooody untuk aliran turbulen f : 0,046, 𝑡 : 1,22 m panjang pipa pada



yang secara matematis ditulis sebagai berikut (2.13):

66

gd

vLfh

tt

f2

.2

2

2

2

2 /81,9.2.038,0

/53,1.22,1046,0

smm

smmh

f = 0,17 m







g

vnkhl

t

2

2

21

2

2

1/81,9.2

/53,1129,1.2

sm

smhl = 0,26



22hlhfhl

t

26,017,0 t

hl = m43,0





67

ithlhlhl

21,043,0 hl = m64,0

j. Head Total pompa



2

22

/81,9.2

/53,1

2 sm

sm

g

Vt

= 0,11 m/s




dapat diketahui dengan persamaan (2.8) sebagai berikut:

g

VthlhphH

s2

2

11,064,0017,0 H

= 0,92 m

4.1.2.9.Daya Hidrolis

Daya pompa teoritis yang diperlukan untuk mengalirkan sejumlah zat cair.Nilai

Daya hidrolis dapat dihitung dengan persamaan (2.16) sebagai berikut:

102

.. QHN

h

102

00169,0.92,0.1000

hN

kW015,0

68





%100

m

h

N

N

%10040,0

014,0 =3,75






berikut:

102

..

HQN

t

p

102.75,3

92,0.00169,0.1000

pN = kW 0,0040


Untuk melakukan perhitungan pada diameter impeller 115 diketahui

putaran pompa 2850, over head coeff =(0,8-0,9) maka diambil =0,9.

Perhitungan diameter impeller 110 dapat ditentukan dengan persamaan (2.1)

2D =

n

H. 84,5

69

2D =

2850

0,929,0. 84,5

= m025,0


Besarnya NPSH dapat dihitung dengan persamaan (2.17) sebagai berikut:

ii

va

svhlZ

PPh

21,04,098,9

237

98,9

0

svh = m13,23




impeller dapat di tentukan dengan persamaan sebagai berikut:

a. Untuk sisi inlet

60

..1

1

nDu

60

2850.14,3.038,01u

6,5


60

..2

2

nDu

60

2850.14,3.115,01u

1,17

70








dengan nilai kekasaran = 0,012 mm










= 38 mm 𝛽 = 25º

/ 2 120/2 = 60 mm / 2 38/2 = 19 mm

71

Tabel 4.4. Perhitungan melukis sudu impeller 120 mm

Ring R R² ß cosß R.cosß Rb.cosßb - Ra.cosßa R²b-R²a ρ

1 19 361 15 0,96 18,33 - - -

A 29,25 855,56 17,5 0,95 27,78 9,54 494,56 25,89

B 39,5 1560,25 20 0,93 36,73 8,94 704,69 39,37

C 49,75 2475,06 22,5 0,92 45,77 8,03 914,81 50,62

2 60 3600 25 0,90 54 7,23 1124,94 68,34



aabb

RR

aRbR

cos.cos..2

2

2

89,25

54,9.2

56,494

37,39

94,8.2

69,704

62,50

03,8.2

81,914

34,68

23,7.2

94,1124



72




32,1 + 30,47 + 29,4 + 24,46 = 116,43 mm










73


Debit air pada sisi isap 𝑄𝑖 = 69,9 L/min = 0,00117 .

Dan data yang diambil dari flow meter sensor untuk debit pada sisi tekan

adalah:


Debit air pada sisi tekan 𝑄𝑡 = 103,8 L/min = 0,00173

4.1.3.3. Kecepatan aliran pipa isap

Sebelum menghitung kecepatan aliran, terutama harus mengetahui luas

penampang pipa dengan persamaan (2.4):

2

4d

nA

74

2

038,04

14,3mA = 0,0011


deketahui dengan persamaan (2.3):

A

QV

i

i

2

3

0011,0

00117,0

m

sm

Vi

206,1 sm

4.1.3.4. Kecepatan aliran pada pipa tekan



A

QV

t

t

2

3

0011,0

/00173,0

m

smV

t = 1,57 m/s

4.1.3.5. Tekanan hidrostatis pada pipa isap



pada sisi isap adalah: h1 = 10 mm = 0,010 m (Tabel data hasil pengujian).

untuk menentukan tekanan hidrostatis pada pipa isap Dapat diketahui dengan

persamaan (2.5):

iihgP ..

iP msmmkg 010,0./81,9./13600

23

21334 mN

75





tthgP ..

iP msmmkg 012,0./81,9./13600

23 =

2/1600 mN


Nilai kekasaran relatif dapat diketahui dengan kekasan pipa yang

digunakan, yaitu pipa plastik halus (PVC) yang di ambil 0,002 mm (Lampiran

tabel nilai kekasaran pada pipa PVC). dibagi dengan diameter pipa:

/d = 0,002 mm/0,038 mm = 0,05



76

Keterangan :






Head statis total adalah perbedaan ketinggian antara fluida pada sisi

tekan dengan ketinggian fluida pada sisi isap. Dimana diketahui ketinggian sisi

tekan dengan ketinggian pada sisi isap pada instalasi di ukur dengan meteran

yaitu Ketinggian fluida pada sisi tekan 𝑡 = 0,57 m. Dan 𝑖 = 0,4 m. Untuk



itsZZh

4,057,0 s

h = 0,17 m






sebagai berikut:

u

dVi

i

.Re

77

sm

smsmi

/10.307.1

/038,0./06,1Re

26 = 30818,66

Pada 𝑖> 4000, aliran pada pipa isap bersifat turbulen, dari bilangan

reynold diatas yang diproleh dengan perhitungan tersebut maka faktor gesek



3/16Re/10/2000010055,0 df

3/1666,30818/1005,02000010055,0 f

= 0,064

Selain dari rumus di atas faktor gesek dapat juga diketahui dengan diagram

moody.


78



c. Head kerugian gesek pada pipa lurus isap



Darcy yang secara matematis ditulis sebagai berikut, dimana nilai f diambil

dari persamaan moody untuk aliran turbulen f : 0,064 , 𝑖 : 80 cm panjang pipa

pada sisi tekan,(diukur dengan meteran), 𝑖 : di dapat dari perhitungan

Kecepatan pada sisi isap dan d: diameter pipa. dapat ditentukan dengan

persamaan (2.13):

gd

vLfh

ii

f2

.2

1

2

2

1 /81,9.2.038,0

/06,1.8,0064,0

smm

smmh

f = 0,07 m






g

vnkhl

i

2

2

11

2

2

1/81,9.2

/06,1129,1.1

sm

smhl = 06,0

79

e. Kerugian head pada katub isap dan saringan




g

vikhl

2

2

2

2

2

2/81,9.2

/05,197,1

sm

smhl = m11,0




ℎ 𝑖 = ℎ + ℎ + ℎ

ℎ 𝑖 = 0,07 + 0,06 + 0,11 = 0,24 m

f. Haed kerugian gesek pada pipa tekan dengan bilangan reynold

Dalam mencari koefisien gesek (f) terlebih dahulu mengetahui sifat aliran




u

dVt.

Re

sm

msm

/10.307,1

038,0./57,1Re

6 = 45646,51

Pada 𝑡> 4000, aliran pada pipa isap bersifat turbulen, dari bilangan

reynold diatas yang diproleh dengan perhitungan tersebut maka faktor gesek

80



3/16Re/10/2000010055,0 df

3/1651,45646/1005,02000010055,0 f

= 0,045

Menentukan kerugian gesek dalam pipa dengan diagram moody pada

gambar 4.18




81

g. Head kerugian gesek pada pipa lurus tekan




persamaan moody untuk aliran turbulen f : 0,045, 𝑡 : 1,22 m panjang pipa pada



(2.13) ditulis sebagai berikut:

gd

vLfh

tt

f2

.2

2

2

2

2 /81,9.2.038,0

/56,1.22,1045,0

smm

smmh

f = 0,17 m







g

vnkhl

t

2

2

21

2

2

1/81,9.2

/57,1129,1.2

sm

smhl = 0,28



82

22hlhfhl

t

28,017,0 t

hl = m45,0





ithlhlhl

24,045,0 hl = m69,0

j. Head Total pompa



2

22

/81,9.2

/57,1

2 sm

sm

g

Vt

= 0,12 m/s




dapat diketahui dengan persamaan(2.8) sebagai berikut:

g

VthlhphH

s2

2

12,069,0017,0 H

= 0,98 m

83

4.1.3.9. Daya Hidrolis

Daya pompa teoritis yang diperlukan untuk mengalirkan sejumlah zat

cair.Nilai Daya hidrolis dapat dihitung dengan persamaan (2.16) sebagai berikut:

102

..t

h

QHN

102

00172,0.98,0.1000

hN

kW016,0





%100

m

h

N

N

%10040,0

016,0 =4%






berikut:

102

..

HQN

t

p

84

102.4

98,0.00172,0.1000

pN = kW 0,0041


Untuk melakukan perhitungan pada diameter impeller 120 harus

mengukur terlebih dahulu putaran pompa. Putaran pompa di ukur dengan

menggunakan tachometer. Perhitungan diameter impeller 115 dapat ditentukan

dengan persamaan (2.1)

2D =

n

H. 84,5

2D =

2850

19,0. 84,5

= m026,0


Besarnya NPSH dapat dihitung dengan persamaan (2.17) sebagai berikut:

ii

va

svhlZ

PPh

24,04,098,9

237

98,9

0

svh = m1,23




impeller dapat di tentukan dengan persamaan sebagai berikut:

85

a. Untuk sisi inlet

60

..1

1

nDu

60

2850.14,3.038,01u

6,5


60

..2

2

nDu

60

2850.14,3.120,01u

8,17

4.2. Pembahasan

4.2.1. Gambar Segitiga Kecepatan Pada Impeller

a. Segitiga kecepatan pada diameter impeller 110

Diketahui sisi inlet:

smU /6,51

smV /82,01

90

1

15

1

Diketahui Sisi Outlet :

smU /4,162

smV /51,12

95

2

25

2

86

Gambar 4.19.. Segitiga Kecepatan pada diameter Impeller 110 mm

Dari gambar 4.19. diatas maka hasil yang di dapat untuk besarnya

kecepatan relative pada sisi inlet W1 = 49,49 m/s, dan besarnya kecepatan

relative pada sisi outlet W2 = 46,23 m/s.

b. Segitiga kecepatan pada diameter impeller 115


smU /6,51

smV /11

90

1

15

1

87


smU /1,172

smV /53,12

95

2

25

2

Gambar 4.20. Segitiga Kecepatan pada diameter Impeller 110 mm

Dari gambar 4.20. diatas maka hasil yang di dapat untuk besarnya kecepatan

relative pada sisi inlet W1 = 60,77 m/s, dan besarnya kecepatan relative pada sisi

outlet W2 = 55,36 m/s.

88

c. Segitiga kecepatan pada diameter impeller 120


smU /6,51

smV /06,11

90

1

15

1


smU /8,172

smV /57,12

95

2

25

2

Gambar 4.21. Segitiga Kecepatan pada diameter Impeller 110 mm

89

Dari gambar 4.21. diatas maka hasil yang di dapat untuk besarnya kecepatan

relative pada sisi inlet W1 = 57,32 m/s, dan besarnya kecepatan relative pada sisi

outlet W2 = 61,9 m/s.

4.2.2. Grafik hasil uji eksperimental

a. Pengaruh Diameter Impeller Terhadap Debit Aliran

Dalam hasil uji eksperimental variasi diameter impeller maka diperoleh,

Apabila diameter impeller semakin besar maka debit aliran akan semakin

meningkat begitu juga sebaliknya, ini disebabkan karena fluida yang

terperangkap di dalam impeller eye (mata impeller) akan di gerakkan secara

cepat oleh impeller hingga fluida bergerak keluar, dengan lebih besar nya

diameter impeller maka kecepatan aliran fluida akan lebih meningkat karna tidak

terdapatnya sela-sela di antara diameter impeller dengan dinding luar casing

volute, sehingga fluida yang terkirim ke discharge pompa akan semakin

meningkat. Seperti yang terlihat pada grafik 4.30 di bawah:

Gambar 4.22. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap debit aliran

99,9

101,6

103,2

99

100

101

102

103

104

105 110 115 120 125

Pengaruh Diameter Impeller(mm) Terhadap

Debit Aliran ( L/min )

L/m

Diameter Impeller (mm)

Deb

it a

lira

n (

L/m

in)

90

b. Pengaruh Diameter Impeller Terhadap Head Total

Head merupakan kemampuan mengalirkan fluida pada instalasi pompa, atau

tekanan untuk mengalirkan fluida yang dinyatakan dalam satuan panjang (m).

bentuk head dapat bervariasi pada penampang yang berbeda. Namun pada

kenyataan nya selalu ada rugi energi (losses).

Dari hasil uji eksperimental yang dilakukan pada gambar 4.31. diperoleh

jika diameter impeller semakin besar maka head yang dihasilkan akan semakin

meningkat begitu juga sebaliknya, hal ini disebabkan tidak terdapatnya suatu

sirkulasi fluida antara diameter impeller dengan dinding luar casing volute,

karna jarak diantara diameter luar impeller dengan dinding luar casing volute

saling berdekatan sehingga fluida dapat mengakses ke seluruh bagian casing

volute, menghasilkan tekanan pada sisi discharge pompa meningkat dan

penghantaran aliran menjadi maksimum.

Gambar 4.23. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap head

0,83

0,92

0,98

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

110 115 120

Pengaruh Diameter impeller (mm) Terhadap

Head Total (m)

Seri…


Hea

d T

ota

l (m

)

m

91

c. Pengaruh Diameter Impeller Terhadap Efisiensi Pompa

Efisiensi pompa sentrifugal tergantung pada sejumlah faktor di antaranya

adalah debit, head, dan kecepatan aliran. Efisiensi pompa di pengaruhi oleh nilai

daya motor dan daya hidrolis nya apabila semakin besar daya hidrolis maka akan

semakin besar pula daya hidrolis yang diperoleh. hal ini di sebabkan karna debit

aliran pada diameter impeller yang lebih besar meningkat, dan head total pada

diameter impeller yang lebih besar juga semakin tinggi sehingga efisiensi yang

di hasilkan akan semakin membesar.terlihat pada gambar 4.32.

Gambar 4.24. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap Efisiensi

d. Pengaruh Diameter Impeller Terhadap Daya Pompa sentrifugal

Daya pompa dipengaruhi oleh kapasitas pompa, head total pmpa, berat jenis

fluida yang dipompakan, dan efisiensi pompa. maka hasil yang diperoleh adalah

semakin besar diameter impeller maka daya pompa yang dihasilkan akan

semakin meningkat. Ini disebabkan debit aliran pada diameter impeller yang

semakin besar meningkat dan menyebabkan putaran poros semakin berat untuk

3,5

3,75

4

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4

4,1

105 110 115 120 125

Pengaruh Diameter Impeller (mm) Terhadap

Efisiensi (%)

%


Efis

ien

si P

om

pa

(%)

92

berputar sehingga membuat penambahan daya pompa. Seperti yang di tujukan

pada gambar 4.33.

Gambar 4.25. Grafik pengaruh diameter impeller terhadap daya pompa sentrifugal

0,0038

0,004

0,0041

0,00375

0,0038

0,00385

0,0039

0,00395

0,004

0,00405

0,0041

0,00415

105 110 115 120 125

Pengaruh Diameter Impeller Terhadap Daya

Pompa Sentrifugal (kW)

kW


Day

a P

om

pa

(kW

)

93

BAB 5

KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat di ambil dari hasil penelitian ini adalah :

1. Semakin besar diameter impeller maka debit aliran akan semakin meningkat

begitu juga sebaliknya, ini disebabkan karena fluida yang terperangkap di

dalam impeller eye (mata impeller) akan di gerakkan secara cepat oleh

impeller hingga fluida bergerak keluar. Hal ini dibuktikan dengan diameter

impeller 120 mm menghasilkan debit air 103,2 L/min, diameter impeller

115 mm menghasilkan debit air 101,6 L/min, dan diameter impeller 110

menghasilkan debit air 99,9 L/min.

2. semakin besar diameter impeller maka daya pompa yang dihasilkan akan

semakin meningkat begitu juga sebaliknya, ini disebabkan karena semakin

besar diameter impeller maka beban putaran poros pompa akan semakin

berat untuk berputar sehingga membuat daya pompa akan bertambah. Hal

ini dibuktikan dengan diameter impeller 120 mm menghasilkan daya pompa

0,0041 kW, diameter impeller 115 mm menghasilkan daya pompa 0,004

kW, dan diameter impeller 110 menghasilkan daya pompa 0,0038 L/min.

3. Semakin besar diameter impeller maka head yang dihasilkan akan semakin

meningkat begitu juga sebaliknya, hal ini disebabkan tidak terdapatnya

suatu sirkulasi fluida antara diameter impeller dengan dinding luar casing

volute karna jarak diantara diameter luar impeller dengan dinding luar

casing volute saling berdekatan sehingga fluida dapat mengakses ke seluruh

94

bagian casing volute. Hal ini dibuktikan dengan diameter impeller 120 mm

menghasilkan head 0,98 m, diameter impeller 115 mm menghasilkan head

0,92 m, dan diameter impeller 110 menghasilkan head 0,83 m.

4. Semakin besar diameter impeller maka efisiensi yang di hasilkan juga

semakin besar, hal ini disebabkan karna debit aliran pada diameter impeller

yang lebih besar semakin meningkat dan head total yang diperoleh pada

diameter impeller yang lebih besar juga semakin tinggi sehingga efisiensi

yang di hasilkan akan semakin membesar. Hal ini dibuktikan dengan

diameter impeller 120 mm menghasilkan efisiensi 4 %, diameter impeller

115 mm menghasilkan efisiensi 3,75 %, dan diameter impeller 110

menghasilkan efisiensi 3,5.

5. Dari hasil pengujian eksperimental variasi diameter impeller yang di

lakukan di dapat diameter impeller yang paling bagus (efektif) adalah

impeller yang berdiameter 120 mm. Hal ini disebabkan karna tidak

terdapatnya sela-sela di antara diameter impeller dengan dinding luar casing

volute, sehingga fluida dapat mengakses ke seluruh bagian casing volute

dan terkirim ke discharge pompa akan semakin meningkat, dan

penghantaran aliran menjadi lebih maksimum.

5.2. Saran

Adapun saran untuk penelitian ini yaitu:

1. Pada saat melakukan pengujian eksperimental variasi diameter

impeller agar melakukan modifikasi terhadap desain alat.

95

DAFTAR PUSTAKA

Autin H. Church. Zulkifli Harahap (1990). “Pompa Dan Blower Sentrifugal”,

Cetakan Pertama dan Kedua, Jakarta. Erlangga.

Buku Panduan/Modul Praktikum prestasi Mesin Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah sumatera utara.

Fritz dietzel, Dakso sriyono, (1993). “Turbin Pompa Dan Kompresor”, Jakarta.

Erlangga.

https://logamceper.com/impeller-dan-kegunaannya/

Laporan Praktikum Perestasi Mesin-mesin Konversi energi Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

Ridho A. Simanungkalit1, Mulfi Hazwi

2, Desember 2012,” Simulasi Numerik

Aliran Fluida di Dalam Rumah Pompa Sentrifugal Yang Dioperasikan

Sebagai Turbin Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

Menggunakan CFD Dengan Head (H) 9,29 M dan 5,18 m”. Jurnal

Universitas sumatera utara Medan

Sularso, Haruo Tahara,(2000). “Pompa & Kompresor, pemilihan, pemakaian dan

pemeliharaan”,cetakan ketujuh, jakarta. Pradnya Paramita

Tri Yanto.(2016),”Perancangan Impeller Pompa Sentrifugal Dengan Kapasitas

58 Liter/Menit Head 70 m Dengan Putaran 2950 rpm Penggerak Motor

Listrik”,Tugas Akhir, Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Uji Winarno.(2007),”Perancangan Impeller Dan Casing Volute Pompa

Sentrifugal Aliran Radial Untuk Kebutuhan Rumah Tangga”, Tugas Akhir,

Teknik Mesin, Universitas Marcu Buana, Jakarta.

97

Lampiran 4 Tabel koefisien kekasaran pipa

Lampiran 5 Tabel koefisen gesek pada belokan 90º

Lampiran 6 Tabel kerugian dari berbagai katub isap dengan saringan

98

Lampiran 7 Tabel massa jenis fluida

Lampiran 8 Tabel Tekanan Uap jenuh Air

Lampiran 9 tabel Berat jenis zat cair satuan volume

99

Lampiran 10 Tabel Massa jenis air raksa

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Nama : Iwan Rizka Riyanto

NPM : 1307230226

Tempat/ Tanggal Lahir : Aceh tengah, 21 September 1995

Jenis Kelamin : Laki-laki

Agama : Islam

Status : Belum Menikah

Alamat : Jl. Lintang

Kel/Desa : Kala Kemili

Kecamatan : Bebesen

Provinsi : Aceh

Nomor HP : 0823-6005-7045

Email : [email protected]

Nama Orang Tua

Ayah : Pairan

Ibu : Sumarni

PENDIDIKAN FORMAL

1999-2005 : SD Negeri 03 Takengon

2005-2008 : MTs Negeri 01 Takengon

2008-2011 : MA Negeri 01 Takengon

2013-2017 : Mengikuti Pendidikan S1 Program Studi Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara

mailto:[email protected]

TUGAS SARJANA KONVERSI ENERGI ANALISA KINERJA ALIRAN ...

Documents

Transcript of TUGAS SARJANA KONVERSI ENERGI ANALISA KINERJA ALIRAN ...